一种具有自清洁功能的地砖高效纳米防滑剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及地砖纳米防滑剂技术领域，尤其涉及一种具有自清洁功能的地砖高效纳米防滑剂及其制备方法。
背景技术
随着城市化发展速度的加剧，城市地表正在逐步被建筑物和各种混凝土等材料所覆盖。地砖是一种地面装饰材料，也叫地板砖，用劲土烧制而成，规格多种，质坚、耐压耐磨，能防潮。有的经上釉处理，具有装饰作用，多用于公共建筑和民用建筑的地面和楼面。地砖花色品种非常多，可供选择的余地很大，按材质可分为釉面砖、通体砖、抛光砖、玻化砖等，但是防滑效果差。据统计，在日常生活中，滑倒意外事故每年造成的伤亡人数仅次于车祸，其中以幼童、老人、孕妇以及行动不便者最为严重，所以地面防滑已经成为公共安全的重大问题。我国目前建筑装饰的地面己大量采用陶瓷地砖作为饰面，在美化了装饰效果的同时也带来了地面滑溜的重大安全隐患问题，虽然至今我国仍未出台相应的安全规定明确地砖的防滑要求，但是欧美一些发达国家已经制定严格的安全要求，随着国人安全意识的提高和以人为本思想的普及，具有防滑效果的地砖产品必然成为将来的主流。
目前防滑地砖的防滑机理主要有以下两种，第一种是在成品地砖表面涂抹防滑剂，利用附着在砖体表面的防滑剂提高摩擦系数，将砖体表面制成具有宏观或微观的凹凸起伏不平的结构，利用这种结构和鞋底在压力下产生的机械咬合作用来提高摩擦系数，但是现有方法的不足之处也很明显，在成品地砖表面涂抹防滑剂的方法虽然实用，而且防滑效果也比较理想，但是涂抹的防滑层会随着使用时间的延长而逐渐被磨损，从而失去防滑效果通过在砖体表面制造一些宏观的凹凸或纹路虽然可以实现防滑，但是却破坏了砖石的装饰效果；第二种采用具有腐蚀性的液体处理成品砖表面，虽然可以增强防滑效果，但是同样破坏了砖体表面的美观，并且工艺过程复杂、处理周期太长，不适合现有的大生产技术，而且以前的防滑液产品主要原材料是草酸，不但有剧毒，最要命的是对地下水的污染，使用起来对地面材质只能腐蚀，才能起到防滑作用，没有渗透功能，防滑作用保持时间较短，一般在几个月，而且因为破坏了砖体表面的结构，致使地砖表面的耐污能力下降，更易残留污渍，且不易清洗，然而目前市面上的相关产品及现有的专利中几乎没有一个配方提到能够针对保证清洁力的前提下来提高地砖表面防滑系数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自清洁功能的地砖高效纳米防滑剂及其制备方法，以解决上述背景技术中所提出的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有自清洁功能的地砖高效纳米防滑剂，按质量份数包括如下组分：果酸20-40％、氟化氢铵2-5％、氟化铵2-10％、特种防污乳液10-15％、柠檬酸8-25％、酒精(98％)3-8％、植物粉4-10％、分散稳定剂0.1-1％、消泡剂0.5-1％、杀菌剂0.5-0.75％、甘油酯化松香10-20％、乙二酸1-4％、复合离子型表面活性剂10-15％、亲水扩链剂4-7％、引气剂0.2-6％、缓蚀剂0.5-1％，余量为水。
作为进一步的优化，所述特种防污乳液按质量份数包括如下组分：生物防污剂XSJ1-3％、苯乙烯4-10％、二乙烯基苯0.1-0.9％、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷0.5-1.5％、偶氮二异丁腈0.05-0.15％、聚乙烯醇0.1-0.3％、OP-100.5-1％、十二烷基硫酸钠0.02-0.06％、十六烷0.05-0.15％，余量为水。特种防污乳液属于外墙类专用防水材料，对一些砖石具有强效渗透型，在不改变基材透气性能的同时又兼顾其防水防污性能，对抵御红酒、油性物质等渗透污染效果极佳。
作为进一步的优化，所述植物粉为包含碳水化合物粉末，具体可为己醛糖或羟丙基甲基纤维素。
作为进一步的优化，所述分散稳定剂为乙二醇乙醚、二乙二醇二甲基醚、异构十三醇聚氧乙烯醚、二乙醇胺、三乙醇胺、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、脂肪醇聚氧乙烯醚的一种或两种以上。
作为进一步的优化，所述消泡剂为乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚二甲基硅氧烷。
作为进一步的优化，所述复合离子型表面活性剂为直链烷基磺酸钠或十二醇聚氧乙烯醚。
作为进一步的优化，所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸，通过亲水扩链剂可以使分子链扩散延长，形成高分子物质，从而实现防滑剂的固化成形。
作为进一步的优化，所述引气剂为十二烷基硫酸钠。
本发明还提供了一种具有自清洁功能的地砖高效纳米防滑剂的制备方法，包括如下步骤，
S1)准备原料：按质量份数准确称取各组分原料；
S2)制备特种防污乳液：将生物防污剂XSJ、乙醇和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合均匀，室温反应20-25h，经离心、乙醇洗涤，留取下层黄色固体，50-60℃真空烘干，即得XSJ改性粒子，将XSJ改性粒子、苯乙烯、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈、十六烷充分混合得到油相，40-50℃预聚1h，将十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、OP-10溶于水中得到水相，将预聚后的油相和水相进行高速搅拌得到乳液，超声细乳化30-50min，冷却，在氮气保护下将细乳液升温到50-60℃，搅拌聚合5-6h，制得特种防污乳液；
S3)成品制备：去离子水加热至90-100℃后，加入反应釜冷却至60-75℃，在搅拌状态下加入果酸、氟化氢铵、氟化铵、特种防污乳液、柠檬酸、酒精和植物粉，搅拌速度调100-500r/min，然后加入分散稳定剂、甘油酯化松香、乙二酸、复合离子型表面活性剂、亲水扩链剂和引气剂，搅拌均匀，冷却至25-40℃再加入消泡剂、杀菌剂和缓蚀剂，冷却室温，继续搅拌15-30min，出料即得高效纳米防滑剂。
本发明的使用方法为：首先对应用的地面砖表面进行预处理；所述预处理的具体步骤为：除去地面砖表面的油污、灰尘、水渍或其他杂物，表面保持干燥，然后采用涂敷的施工方式将防滑剂均匀应用到地面砖表面，掌握液面厚度及保湿时间，如出现干面应及时补湿，大约15-30分钟后，经测试有阻力感时即可；然后使用干燥且洁净的毛巾将多余液体擦净，防滑处理完工后，自然凉干1-2小时，必要时湿润保留，然后进入使用。
本发明纳米防滑剂经处理后的地砖在干燥时有明显防滑效果，遇湿或油渍状态下其防滑效果数倍提高，因其具有超强渗透力，能有效渗入地砖毛细信道，通过与地面砖化学作用，遇水或油渍时与脚底接触能形成物理的吸盘作用，人行其上相对安全；其有别于传统防滑处理手段，直接使瓷砖表面上形成很多纳米级毛细孔，改变瓷砖光滑面的结构，使瓷砖本身自防滑，对瓷砖外观几乎不造成变化，并且瓷砖釉面的硬度能达到莫氏7度，比不锈钢还硬，极难磨损，高硬度保证了其防滑效果的持久性，做一次瓷砖防滑处理能保持5年左右的防滑效果，即使将来瓷砖表面部分磨损，但其内部一定深度的结构依然有很多纳米级毛细孔，因而可保持长久防滑效果。
在自清洁方面，由于瓷砖表面有许多纳米级毛细孔，材料可通过并渗透瓷砖内部5-8mm，经过1-2小时完全干燥后在瓷砖表面形成肉眼无法识别的疏水层，当雨水、酒水和油渍等洒到瓷砖表面时就会如同荷叶上露珠一般一滑而过，从而阻止各种污渍的渗透，达到自清洁的效果。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.本发明所提供的纳米防滑剂具备更长的使用年限，该防滑剂与地面砖发生化学反应，只是改变瓷砖表面的釉层结构，并不会破坏釉层，因此该防滑剂使用一次后防滑效果的寿命几乎与瓷砖釉层的寿命一样长，基本都能保持5年左右的防滑效果；
2.本发明中的特种防污乳液赋予防滑剂具备自清洁特性，其具有强效渗透型，化学稳定性好，不泛碱，能耐强酸和中强碱，能消除钙化反应，使用寿命长，在不改变基材透气性能的同时，又兼顾其防水防污性能，对抵御红酒、油性物质等渗透污染效果极佳；
3.本发明所提供的纳米防滑剂为水性溶液，几乎不改变地面本身外观，施工方便简单，适用于大众化；其具有超强的渗透力，能有效渗入地面毛细管道，适用于各种石材的表面，例如大理石、瓷砖、人造花岗岩、混泥土、抛光砖、陶瓷、浴盆等。使用前后的表面摩擦系数可以由一般的0.2-0.6上升到0.9-2.3，且该纳米防滑剂为高分子水性聚合物，使用后不会产生对人体有害的物质，具有环保特性。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
一种具有自清洁功能的地砖高效纳米防滑剂，按质量份数包括如下组分，果酸20％、氟化氢铵2％、氟化铵2％、特种防污乳液10％、柠檬酸8％、酒精(98％)3％、己醛糖4％、乙二醇乙醚0.1％、聚二甲基硅氧烷0.5％、杀菌剂0.5％、甘油酯化松香15％、乙二酸1％、直链烷基磺酸钠10％、二羟甲基丙酸4％、十二烷基硫酸钠0.2％、缓蚀剂0.5％，余量为去离子水；其中特种防污乳液按质量份数包括如下组分：生物防污剂XSJ%202％、苯乙烯8％、二乙烯基苯0.5％、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷0.8％、偶氮二异丁腈0.1％、聚乙烯醇0.15％、OP-100.5％、十二烷基硫酸钠0.05％、十六烷0.1％，余量为水。
其制备方法为：S1)准备原料：按质量份数准确称取各组分原料；S2)制备特种防污乳液：将生物防污剂XSJ、乙醇和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)混合均匀，室温反应24h，经离心、乙醇洗涤，留取下层黄色固体，60℃真空烘干，即得MPS改性XSJ粒子，将MPS改性XSJ粒子、苯乙烯、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈、十六烷充分混合得到油相，40℃预聚1h，将十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、OP-10溶于水中得到水相，将预聚后的油相和水相进行高速搅拌得到乳液，超声细乳化30min，冷却，在氮气保护下将细乳液升温到60℃，搅拌聚合5h，制得特种防污乳液；S3)成品制备：去离子水加热至90℃后，加入反应釜冷却至75℃，在搅拌状态下加入果酸、氟化氢铵、氟化铵、特种防污乳液、柠檬酸、酒精和己醛糖，搅拌速度调100r/min，然后加入乙二醇乙醚、甘油酯化松香、乙二酸、直链烷基磺酸钠、二羟甲基丙酸和十二烷基硫酸钠，搅拌均匀，冷却至40℃再加入聚二甲基硅氧烷、杀菌剂和缓蚀剂，冷却室温，继续搅拌15min，出料即得纳米防滑剂。
实施例2
一种具有自清洁功能的地砖高效纳米防滑剂，按质量份数包括如下组分，果酸25％、氟化氢铵3％、氟化铵5％、特种防污乳液12.5％、柠檬酸8％、酒精(98％)3％、己醛糖5％、异构十三醇聚氧乙烯醚0.1％、聚氧丙烯甘油醚0.5％、杀菌剂0.5％、甘油酯化松香10％、乙二酸2％、直链烷基磺酸钠10％、二羟甲基丙酸4％、十二烷基硫酸钠0.5％、缓蚀剂0.5％，余量为去离子水；其中特种防污乳液按质量份数包括如下组分：生物防污剂XSJ1.5％、苯乙烯5.5％、二乙烯基苯0.2％、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1％、偶氮二异丁腈0.05％、聚乙烯醇0.25％、OP-100.75％、十二烷基硫酸钠0.03％、十六烷0.15％，余量为水。
其制备方法为：S1)准备原料：按质量份数准确称取各组分原料；S2)制备特种防污乳液：将生物防污剂XSJ、乙醇和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)混合均匀，室温反应24h，经离心、乙醇洗涤，留取下层黄色固体，60℃真空烘干，即得MPS改性XSJ粒子，将MPS改性XSJ粒子、苯乙烯、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈、十六烷充分混合得到油相，40℃预聚1h，将十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、OP-10溶于水中得到水相，将预聚后的油相和水相进行高速搅拌得到乳液，超声细乳化30min，冷却，在氮气保护下将细乳液升温到60℃，搅拌聚合5h，制得特种防污乳液；S3)成品制备：去离子水加热至100℃后，加入反应釜冷却至60℃，在搅拌状态下加入果酸、氟化氢铵、氟化铵、特种防污乳液、柠檬酸、酒精和己醛糖，搅拌速度调500r/min，然后加入异构十三醇聚氧乙烯醚、甘油酯化松香、乙二酸、直链烷基磺酸钠、二羟甲基丙酸和十二烷基硫酸钠，搅拌均匀，冷却至25℃再加入聚氧丙烯甘油醚、杀菌剂和缓蚀剂，冷却室温，继续搅拌20min，出料即得纳米防滑剂。
实施例3
一种具有自清洁功能的地砖高效纳米防滑剂，按质量份数包括如下组分，果酸20％、氟化氢铵5％、氟化铵10％、特种防污乳液15％、柠檬酸10％、酒精(98％)3％、己醛糖6％、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物0.3％、高碳醇脂肪酸酯复合物0.5％、杀菌剂0.5％、甘油酯化松香10％、乙二酸3％、直链烷基磺酸钠10％、二羟甲基丁酸4％、十二烷基硫酸钠0.5％、缓蚀剂0.5％，余量为去离子水；其中特种防污乳液按质量份数包括如下组分：生物防污剂XSJ3％、苯乙烯4％、二乙烯基苯0.8％、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1.5％、偶氮二异丁腈0.12％、聚乙烯醇0.3％、OP-100.8％、十二烷基硫酸钠0.02％、十六烷0.07％，余量水。
其制备方法为：S1)准备原料：按质量份数准确称取各组分原料；S2)制备特种防污乳液：将生物防污剂XSJ、乙醇和3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)混合均匀，室温反应24h，经离心、乙醇洗涤，留取下层黄色固体，60℃真空烘干，即得MPS改性XSJ粒子，将MPS改性XSJ粒子、苯乙烯、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈、十六烷充分混合得到油相，40℃预聚1h，将十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、OP-10溶于水中得到水相，将预聚后的油相和水相进行高速搅拌得到乳液，超声细乳化30min，冷却，在氮气保护下将细乳液升温到60℃，搅拌聚合5h，制得特种防污乳液；S3)成品制备：去离子水加热至95℃后，加入反应釜冷却至70℃，在搅拌状态下加入果酸、氟化氢铵、氟化铵、特种防污乳液、柠檬酸、酒精和己醛糖，搅拌速度调300r/min，然后加入丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、甘油酯化松香、乙二酸、直链烷基磺酸钠、二羟甲基丁酸和十二烷基硫酸钠，搅拌均匀，冷却至30℃再加入高碳醇脂肪酸酯复合物、杀菌剂和缓蚀剂，冷却室温，继续搅拌30min，出料即得纳米防滑剂。
应用实施例
纳米防滑剂使用方法：首先对应用的地面砖表面进行预处理，除去地面砖表面的油污、灰尘、水渍或其他杂物，表面保持干燥，然后将实施例1-3中所得纳米防滑剂涂敷于地面砖表面后，掌握液面厚度及保湿时间，如出现干面应及时补湿，大约15-30分钟后，经测试有阻力感时即可，然后使用干燥且洁净的毛巾将多余液体擦净，防滑处理完工后，自然凉干1-2小时，必要时湿润保留，然后进入使用，得到防滑处理表面，进行扫描电镜处理。
根据国标GB/T%209263所规定的平面滑动法进行摩擦系数的测试，对纳米防滑剂各项性能测试方法及结果：
1.摩擦系数测量方法：水平放置如表1中所列检验项目名称下对应的检测材料(各种材料的检测方法均相同，为便于描述，以玻化砖表面的防滑剂处理过程为例进行描述)，固定放置于水平地面上的玻化砖，根据表1中所列情况对玻化砖表面进行处理或不进行处理。
表1中干燥状态是指将检测材料置于40℃、空气湿度30％的环境中30分钟后。实施例1-3中所得纳米防滑剂以及对照样的处理条件：直接涂覆于试验材料表面，涂覆厚度为0.5mm或每平方米60-75克。在玻化砖表面放置已知重量的滑块，滑块对玻化砖产生纵向压力为P，用推拉力计沿水平方向牵引滑块，并记录滑块相对玻化砖开始移动时，所用最小牵引力(推拉力计所示数值为F即为所用牵引力大小)。根据公式μ＝F/P计算得到此时滑块相对玻化砖表面的摩擦系数，其中μ为摩擦系数、F为滑块发生位移最小所需的力和滑块纵向压力。
2.气味检测方法：通过10名实验人员分别对实施例1至3中所得纳米防滑剂所散发的气味进行辨别后，进行语言描述，并再次对所得玻化砖表面进行肉眼观察，并进行语言描述。
3.与玻化砖反应时间检测方法：在玻化砖表面通过涂覆、反应得到防滑层，同时在相同的玻化砖表面通过实施例1至3中所得防滑剂，形成防滑层，对于实施例1至3提供的防滑剂处理的玻化砖表面，在涂覆后未清洗处理剂前，每间隔1分钟通过扫描电镜观测一次玻化砖表面是否形成明显的显微侵蚀结构，记录下观测到明显显微侵蚀结构的时间，作为反应时间。
4.防滑层保持效果检测方法：对玻化砖表面用纳米防滑剂处理后，在室温常压条件下放置半年后的摩擦系数进行检查。
根据如表1-2所列情况，根据上述方法检验和计算不同检验项目名称材料在不同情况下的摩擦系数，测试结果如表1-2所示。
表1纳米防滑剂处理前各材料摩擦系数表
表2实施例1所得纳米防滑剂处理后检测结果表
由表1-2可见，经过本发明提供的纳米防滑剂处理，一方面能够提高材料表面干燥条件下的摩擦系数，同时更能提高各材料表面存水量≥0.1mm时材料表面的摩擦系数，从而实现对各种情况下材料表面的防滑效果，同时使用实施例1中所得纳米防滑剂后，各材料表面几乎不发生明显的改变，对材料表面的损伤较小。
表3实施例1-3各项性能检测结果表
由表3可见，本发明提供的纳米防滑剂能有效提高湿滑底面的防滑效果，均具有较好的防滑效果，其中实施例3具有最优的防滑效果，而且本发明提供的纳米防滑剂具有无气味、与各类材料发生显微反应速度快、防滑系数高、对瓷砖表面的伤害小等特点。
表4自清洁纳米防滑剂防污效果检测结果表
由表4可见，本发明提供的自清洁纳米防滑剂能有效保证原有瓷砖的防污效果前提下，而且还能起到一定的防水功效，可大大减少清洁人员的工作量及缩短工作时长，保持瓷砖内外的干爽，减少细菌的滋生，这对于一些餐厅来说至关重要。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
